Процесс сольватации, различия с гидратацией и примеры



сольватации физический и химический союз между растворенными частицами и растворителем в растворе. Он отличается от концепции растворимости тем, что нет термодинамического равновесия между твердым телом и его растворенными частицами..

Этот союз ответственен за растворенные твердые вещества, «исчезающие» в глазах зрителей; когда на самом деле частицы становятся очень маленькими и в конечном итоге «обертываются» листами молекул растворителя, что делает невозможным их наблюдение.

На верхнем изображении представлен очень общий эскиз сольватации частицы М. М может быть ионом (М+) или молекула; и S представляет собой молекулу растворителя, которая может представлять собой любое соединение в жидком состоянии (хотя оно также может быть газообразным).

Обратите внимание, что М окружено шестью молекулами S, которые составляют то, что известно как Первичная сольватная сфера. Другие молекулы S, находящиеся на большем расстоянии, взаимодействуют силами Ван-дер-Ваальса с первой, образуя вторичную сольватную сферу и так далее, пока какой-либо порядок не станет очевидным..

индекс

  • 1 Процесс сольватации
  • 2 Энергетические аспекты
  • 3 Межмолекулярные взаимодействия
  • 4 Различия с гидратацией
  • 5 примеров
    • 5.1 Хлорид кальция
    • 5.2 Úrea
    • 5.3 Аммиачная селитра
  • 6 Ссылки

Процесс сольватации

Молекулярно, как проходит процесс сольватации? Изображение выше суммирует необходимые шаги.

Молекулы растворителя, синего цвета, изначально упорядочены путем взаимодействия друг с другом (S-S); и частицы (ионы или молекулы) растворенного вещества пурпурного цвета делают то же самое с сильным или слабым М-М взаимодействием.

Для того чтобы происходила сольватация, растворитель и растворенное вещество должны расширяться (вторая черная стрелка), чтобы учесть взаимодействие растворенного вещества с растворителем (M-S).

Это обязательно подразумевает уменьшение взаимодействия растворенного вещества и растворителя с растворителем; уменьшение, которое требует энергии, и, следовательно, этот первый шаг является эндотермическим.

Как только растворенное вещество и растворитель были молекулярно расширены, они оба смешиваются и меняются местами в пространстве. Каждый фиолетовый круг на втором изображении можно сравнить с тем на первом изображении.

Изменение степени упорядочения частиц может быть детализировано на изображении; упорядоченный в начале и неупорядоченный в конце. Как следствие, последний этап является экзотермическим, поскольку образование новых M-S взаимодействий стабилизирует все частицы растворения.

Энергетические аспекты

За процессом сольватации стоит учитывать множество энергетических аспектов. Во-первых: S-S, M-M и M-S взаимодействия.

Когда взаимодействия M-S, то есть между растворенным веществом и растворителем, очень превосходят (сильные и стабильные) по сравнению с взаимодействиями отдельных компонентов, мы говорим об экзотермическом процессе сольватации; и, следовательно, энергия высвобождается в среду, что можно проверить, измерив повышение температуры с помощью термометра..

Если, с другой стороны, взаимодействия M-M и S-S сильнее, чем взаимодействия M-S, то для «расширения» им потребуется больше энергии, чем они получают после окончания сольватации..

Затем говорится о процессе эндотермической сольватации. В таком случае регистрируется снижение температуры или, что то же самое, окружение охлаждается.

Есть два фундаментальных фактора, которые определяют, растворяется ли растворенное вещество или нет в растворителе. Первое - это изменение энтальпии растворения (ΔHдис), как только что было объяснено, и второе - это изменение энтропии (ΔS) между растворенным веществом и растворенным растворенным веществом. Как правило, ΔS связан с увеличением расстройства, также упомянутого выше.

Межмолекулярные взаимодействия

Было упомянуто, что сольватация является результатом физического и химического соединения между растворенным веществом и растворителем; Однако, как именно эти взаимодействия или союзы?

Если растворенное вещество представляет собой ион, М+, происходят так называемые ион-дипольные взаимодействия (M+-S); и если это молекула, то из Лондона будут диполь-дипольные взаимодействия или дисперсионные силы.

Когда мы говорим о диполь-дипольных взаимодействиях, говорят, что в M и S. существует постоянный дипольный момент. Таким образом, богатая электронами область δ- из M взаимодействует с плохой областью электронов δ + S. Результатом всех этих взаимодействия является формирование нескольких сольватных сфер вокруг М.

Кроме того, есть еще один тип взаимодействия: координатор. Здесь молекулы S образуют координационные (или дативные) связи с М, образуя различные геометрии.

Основное правило для запоминания и предсказания сродства между растворенным веществом и растворителем: равное растворяется равным. Поэтому полярные вещества очень легко растворяются в полярных растворителях; и неполярные вещества растворяются в неполярных растворителях.

Отличия от гидратации

Чем сольватация отличается от гидратации? Два идентичных процесса, за исключением того, что молекулы S первого изображения заменены молекулами воды, H-O-H.

На верхнем изображении вы можете увидеть катион M+ в окружении шести молекул H2О. Обратите внимание, что атомы кислорода (красные) направлены на положительный заряд, потому что он является наиболее электроотрицательным и, следовательно, имеет наибольшую отрицательную плотность δ-.

За первой сферой гидратации другие молекулы воды группируются водородными связями (ОН2-Огайо2). Это взаимодействия ион-дипольного типа. Однако молекулы воды также могут образовывать координационные связи с положительным центром, особенно если он металлический.

Так, известные акокомплексы М (ОН2)N. При n = 6 на изображении шесть молекул ориентированы вокруг M в октаэдре координации (внутренняя сфера гидратации). В зависимости от размера М+, величина его заряда и его электронная доступность, указанная сфера может быть меньше или больше.

Вода, пожалуй, самый удивительный растворитель из всех: она растворяет несоизмеримое количество растворенных веществ, она слишком полярна в качестве растворителя и имеет аномально высокую диэлектрическую проницаемость (78,5 К).

примеров

Ниже приведены три примера сольватации в воде..

Хлорид кальция

При растворении хлорида кальция в воде тепло выделяется при сольватировании катионов Ca2+ и Cl-анионы-. Ca2+ окружен количеством молекул воды, равным или превышающим шесть (Ca2+-Огайо2).

Кроме того, Cl- окружен атомами водорода, δ + области воды (Cl--H2О). Выделенное тепло можно использовать для таяния ледяных масс..

мочевина

Для мочевины это органическая молекула со структурой H2N-CO-NH2. При сольватации молекулы H2Или образуют водородные мостики с двумя аминогруппами (-NH2-Огайо2) и с карбонильной группой (C = O-H)2О). Эти взаимодействия ответственны за его большую растворимость в воде.

Также его растворение является эндотермическим, то есть он охлаждает емкость для воды, куда его добавляют.

Аммиачная селитра

Нитрат аммония, как и мочевина, представляет собой растворенное вещество, которое охлаждает растворение после сольватации его ионов. NH4+ сольватирует аналогично Са2+, хотя, вероятно, потому что он имеет тетраэдрическую геометрию, он имеет меньше молекул H2Или вокруг него; и НЕТ3- сольватирует так же, как анионы Cl- (ОН2-О2НЕТ- Н2O).

ссылки

  1. Glasstone S. (1970). Договор химии и физики. Агилар, С.А., Мадрид, Испания.
  2. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning.
  3. Ира Н. Левин. (2014). Основы физикохимии. Шестое издание. Mc Graw Hill.
  4. Словарь Chemicool. (2017). Определение сольватации Получено с: chemicool.com
  5. Belford R. (s.f.). Процессы сольватации. Химия LibreTexts. Получено от: chem.libretexts.org
  6. Wikipedia. (2018). Сольватации. Получено с: en.wikipedia.org
  7. Хардингер А. Стивен. (2017). Иллюстрированный словарь по органической химии: сольватация. Получено от: chem.ucla.edu
  8. Прибой Гуппи. (Н.Д.). Процесс сольватации Получено от: surfguppy.com